Обоснование конструкции и параметров мини гэс

1.2 Обоснование компановки гидротурбины в гидроциклонном 
корпусе путем компьютерного моделирования 
Как было сказано выше, составляющая всей системы является 
гидротурбина. Ее движению способствует тангенциальная подача воды. На 
рисунке 1.2 изображена компоновочная схема модели, которая использовалась 
в наших лабораторных исследованиях. Для выбора нужной формы выполнено 
компьютерное моделирование при различных вариантах компоновки. 
 
 
 
 
 
Рисунок 1.2 - Модель мини - ГЭС гидроциклонного типа для лабораторных 
исследований
 
На входе приняты такие значения: расход воды 
Q
=200 л/мин, скорость 
V
=1.7 м/с. Частота вращения при классической схеме составляет 2933 об/мин 
(на холостом ходу гидротурбины). На рисунке 1.3 рассмотрены варианты 
лопастной гидротурбины. 
В ходе исследования выявлено (таблица 1.1), что при первом варианте 
механические примеси впрямую сопрягаются с поверхностью турбины и 
влекут за собой образование абразивного износа. Соотвественно, этот вариант 
был исключен, хотя, частота вращения превышала показатели других 
вариантов. 
Установлено, чтобы увеличить частоту вращения (в нашем случае, до 
1311 об/мин) нужно уменьшить сечение входного патрубка. В конечном счете, 
наиболее приемлемым по вращательной способности и напорно-расходным 
характеристикам оказался второй вариант. Здесь гидротурбина была 
выполнена с одинарным ободком и лопастью, расположенная под 90
градусов. 

---

11 
 
1-гидротурбина; 2-гидроциклон; 3- отсасывающий патрубок очищенной воды;
4- песковое отверстие; 5- входной патрубок. 
а) турбина находится на одной линии подачи воды в гидроциклон; 
б) турбина находится ниже входного патрубка (лопасти расположены под 90
○
); 
в) лопасти расположены под 45
○
; 
с) турбина расположена в конусной части гидроциклона. 
Рисунок 1.3 - Варианты расположения лопастной гидротурбины в 
гидроциклонном корпусе мини - ГЭС 
Таблица 1.1 - Значения частоты вращения при вариантах компоновки 
Наименование 
Вариант 
№1 
Вариант 
№2 
Вариант 
№3 
Частота вращения гидротурбины, об/мин 
715 
596 
536 
На рисунке 1.4 конкретизировано направление потока воды.
Рисунок 1.4 - Направление вектора потока воды с примесью 
Цветная шкала указывает на скорость воды. В ходе вычислений 
установлен расход воды с механическими примесями 76 л/мин,а очищенной - 
124 л/мин. 
Показатели расхода между разгрузочными отверстиями имеют разные 
значения (таблица 1.2 - 1.4). 

---

12 
Таблица 1.2 - Данные давления и скоростей на входном патрубке 
Параметры 
Минимум Максимум 
Средний 
показатель 
Площадь 
поверхности, м
2
Давление, Па 80843,8701 81295,5122 81077,7582 
0,001986936 
Скорость, м/с 1,67594732 1,67594732 1,67594732 
0,001986936 
Таблица 1.3 - Данные давления и скоростей на сливном патрубке 
Параметры 
Минимум Максимум 
Средний 
показатель 
Площадь 
поверхности, м
2
Давление, Па 83630,5439 83630,5439 83630,5439 
0,000916314 
Скорость, м/с 1,42888358 1,52609812 1,49464753 
0,000916314 
Таблица 1.4 - Данные давления и скоростей на песковом отверстии 
Параметры 
Минимум 
Максимум 
Средний 
показатель 
Площадь 
поверхности, м
2
Давление, Па 77395,9838 77395,9838 77395,9838 
0,002173858 
Скорость, м/с 0,943462386 1,12727611 1,0392458 
0,002173858 
Максимальное значение давления фиксируется на входном и сливном 
патрубках. Это способствует повышению частоты вращения турбины. Для 
проверки 
достоверности 
результатов 
компьютерного 
моделирования 
произведен численный расчет энергетического показателя модели мини - ГЭС 
гидроциклонного типа. 
При этом, мощность потока, Вт находим по формуле
N = g

Q

Н (1.1) 
где g - показатель ускорения свободного падения = 9,81 м/с
2
; 
Q - 200,0 л/мин = 3,33 л/с. 
Предварительно 
учитывается 
возможность 
потерь 
на 
линии 
«гидротурбина - генератор». Поэтому значение мощности выдаваемое моделью 
установки может разниться с расчетной величиной. 
Тогда, при напоре 0.1444 м мощность находим по формуле 
N=9,81

3,33

0,144 = 4,7 Вт. (1.2) 

---

13 
При этом, от скорости струи и диаметра колеса турбины зависит частота 
вращения турбины, об/мин. 
n = 
n
s
√Н
D
т
(1.3) 
n = 
350√0.144
0.18
= 739 об/мин 
где D
t
- средний диаметр колеса=0.18 м ; 
Н – напор;
n
s
- коэффициент быстроходности=350.